焊接速度对钢/铝异种金属激光深熔焊接头特性的影响

为了解决钢/铝异种金属焊接接头力学性能较低的难题,采用无任何填充材料的光纤激光深熔焊接方法,研究了不同焊接速度对钢/铝搭接接头焊缝成形、界面组织和力学性能的影响.研究结果表明,随着焊接速度从2.4 m/min增加到3.3 m/min,钢/铝接头焊缝成形不断改善,且在焊接速度为3.0、3.3 m/min时,获得良好的焊缝成形.钢/铝接头界面金属间化合物层由Fe_2Al_5和Fe_4Al_(13)相组成,且增加焊接速度明显减小Fe_4Al_(13)相的数量及界面Fe_2Al_5层的厚度.接头拉伸剪切试验结果表明,当焊接速度为3.0 m/min时,钢/铝搭接接头的机械抗力值最高达137.1 N/mm.     

Al2O3颗粒增强铝基复合材料储能焊接头微观组织及性能

对0.3 mm厚Al2O3颗粒增强铝基复合材料薄板进行了储能点焊连接研究试验。发现其微型点焊接头由熔核区、热影响区和熔核向热影响区过渡的熔合区（线）组成。由于储能焊极短的焊接时间,大的冷却速率达到106 K/s,使得熔核组织显著细化,具有快速凝固特征。熔核中增强相Al2O3颗粒发生偏聚现象,在熔核边缘区域出现了气孔缺陷。当焊接电容C=6600μF、电压U=80 V、电极压力F=18 N时,获得较高力学性能的焊接接头。     

铝-铝板和铝-镀锌钢板的电阻点焊研究

用电阻点焊方法实现了铝合金+铝合金薄板、铝合金+镀锌钢薄板在同种工艺参数下的有效连焊.通过对焊接接头进行力学性能、显微硬度、金相组织、界面成分的观察和测试,分析点焊接头形成机理和存在的各种质量问题,同种工艺下铝-铝接头与铝-镀锌钢接头相比,熔核尺寸较小,强度却大很多,从铝-铝点焊接头金相组织的观察可以看出焊缝和热影响区存在裂纹、未熔合、未完全融合、未焊透、夹渣和气孔等缺陷,而铝-镀锌钢接头中存在的缺陷较少.     

铝/镀锌钢焊接接头金属间化合物热力学分析

针对Al/镀Zn钢板Pulsed DE-GMAW焊接接头界面区金属间化合物相的确定性研究,在热力学基本定律的基础上,建立铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面Fe-Al-Zn相形成的吉布斯自由能变化的计算模型,得到Al/镀Zn钢板异种金属焊接接头Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物相形成的标准吉布斯自由能与温度的变化关系,分析界面Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物存在的可能性,并与焊接试验结果进行对比分析。模拟结果表明:所建立的热力学模型是合理的,在界面上形成Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物,与试验结果基本一致,并推论了Fe_2Al_5Zn_(0.4)是在Fe_2Al_5与FeAl_3形成后,由于Zn扩散进入Fe_2Al_5的晶体空位所得到的。     

5A06铝合金/镀锌钢预置涂粉对接激光熔钎焊组织与性能

通过预置金属粉末的方法实现了5A06铝合金/镀锌钢异种金属涂粉的对接熔钎焊连接,获得了具有熔焊和钎焊双重特征的对接接头。运用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分析了接头微观结构和成分,并测试了接头力学性能。结果表明:界面处形成了厚度不均的锯齿状金属间化合物层,化合物层由Fe2Al5和FeAl3组成,厚度约2.5~7μm。在镀锌钢的上表面钎焊界面处,金属间化合物层最厚,其厚度随激光功率的增加而增大。采用预置金属粉末,在合适的焊接参数下,可以控制金属间化合物层厚度最大不超过10μm,得到具有一定抗拉强度的铝/镀锌钢对接接头。     

基于正交试验设计的铝/钢激光深熔点焊参数优化

通过激光匙孔点焊技术实现铝与钢的焊接. 通过正交试验方法对铝/钢进行激光匙孔点焊试验,研究时间、功率和离焦量对接头力学性能的影响程度. 结果表明,激光功率对铝/钢激光匙孔点焊接头的力学性能影响最大,离焦量次之,焊接时间影响最少,最优参数为激光功率2.85 kW、离焦量22 mm、持续时间3 s,拉伸载荷达到1470 N. 焊缝处生成锥形熔化区,界面处无裂纹,生成包含Fe₃Al、FeAl和FeAl₂等金属间化合物(IMCs),最大显微硬度(HV)达到810.     

填加V／Cu复合中间层的TiAl基合金与钢激光焊接头组织和性能研究

采用激光焊方法连接TiAl基合金与40Cr钢。结果表明,填加V/Cu复合中间层可实现二者的优质连接,接头无裂纹缺陷,焊缝区形成Cu基固溶体相、(Fe,V,Cu)固溶体相及少量富Cu金属间化合物相,显著改善了接头脆性。接头抗拉强度为297 MPa,达到TiAl母材强度的75%以上。接头断裂于TiAl合金侧界面区,主要与界面区形成AlCuTi、AlCu_2Ti脆性金属间化合物有关。     

Static Performance and Fracture Numerical Analysis of 301L/Q235B Dissimilar Steel Resistance Spot Welded Joints

301L/Q235B异种钢电阻点焊接头静力学性能及断裂数值分析

王昌坤1,2*,刘慧玉1,范佳斐1,左银龙3,胡立国4

（1.北京交通大学 机械与电子控制工程学院,北京 100044;2.中铁上海设计院集团有限公司,上海 200070;3.中车唐山机车车辆有限公司,唐山 063000;4.中车长春轨道客车股份有限公司,长春 130062）

摘 要：对301L-DLT/Q235B异种钢2.0 mm板不同熔核尺寸的电阻点焊拉剪试样进行静拉伸试验。用有限元软件模拟出了点焊接头的力-位移曲线,分析了点焊接头拉伸断裂过程的应力应变分布和断裂演变过程。熔核硬度高于板材和热影响区。在静拉伸载荷作用下,电阻点焊接头拉伸过程的应力、应变随位移增大呈指数关系增长,301L板加载侧熔核边缘的应力值最大。点焊接头以熔核拔出断裂失效试样的静拉伸强度和塑性变形量优于以界面断裂模,由熔核界面断裂向拔出断裂转变的搭接面临界熔核直径为7.12 mm,约5 .

关键词：301L/Q235B异种电阻点焊;静力学性能;断裂模式;有限元分析

     

GL渗铝钢渗层特征及其对焊接接头机械性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪分析了感应料浆法(GL)渗铝钢管的金相特征和渗层相组成.结果表明,通过控制一系列渗铝工艺参数可以使渗铝层由α-Fe(Al)固溶体、Fe_3Al和FeAl构成,从而避免了因含铝较高的FeAl_2和Fe_2Al_5等脆性相而导致焊接性能恶化的问题,显著改善了渗铝钢的焊接性,使焊接接头的组织与性能容易得到保证.     

钢/铝异种材料连接接头的强度及失效模式

铝合金在汽车车身材料中的应用是实现汽车结构轻量化的重要途径,而钢/铝异种材料连接方法的研究则是解决铝合金在汽车车身材料中应用的关键.本文对近年来钢/铝异种材料连接方法的研究成果进行了总结,涉及的连接方法包括电弧熔钎焊、激光焊接、电阻点焊和搅拌摩擦焊等;重点讨论了文献中钢/铝异种材料连接接头在静拉伸载荷作用下的强度和失效模式,以方便设计人员根据实际生产的需要进行相应的选择;还讨论了钢/铝异种材料连接方法的发展趋势.     

热冲压22MnB5硼钢中频电阻点焊接头组织及力学性能研究

对2mm热冲压22MnB5硼钢试样采用中频电阻点焊连接技术,利用合适的焊接参数开展了热冲压硼钢中频电阻点焊工艺研究.对比分析了其组织及力学性能,并对试样接头进行拉剪实验、十字拉伸实验,横截面进行了微观组织、硬度分布、断裂模式分析,初步找到热冲压硼钢中频电阻点焊不同焊接规范对焊接接头力学性能的影响规律.结果表明:合理的中频电阻点焊工艺下的焊接接头具有良好的力学性能,能满足实际生产需求.     

异质材料点焊过程电热耦合数值分析

以异质材料低碳钢与纯镍电阻点焊为例建立了电阻点焊熔核形成过程的电热耦合有限差分模型。提出了异质金属点焊过程导电,传热耦合作的模拟方法、接触电阻分析方法和析热机制处理方法。试验验证表明,数值模拟与试验结果吻合良好,为异质点焊基础理论研究提供了一种有效的分析手段。     

S355钢/6005A铝合金瞬间液相扩散连接接头组织与性能

采用纯Cu箔作中间层,将S355钢与6005A铝合金异种金属进行了瞬间液相(TLP)扩散连接。运用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及万能试验机对接头进行了系统地分析。结果表明:连接条件为580°C和15min时,接头界面出现分层结构;随着保温时间的延长和加热温度的升高,接头界面扩散区宽度逐渐变大,分层现象不明显,但在近钢侧的Fe-Al金属间化合物层会有裂纹出现。近钢侧Fe-Al金属间化合物层的显微硬度可达439HV。当连接条件为580°C和30min时,接头拉剪强度最高,为77 MPa。添加中间层Cu箔,连接初期产生共晶液相润湿钢和铝的表面,连接后期阻碍Fe元素和Al元素之间的互扩散,从而保证了接头的质量。     

异质材料点焊过程电热耦合数值分析

以异质材料低碳钢与纯镍电阻点焊为例建立了电阻点焊熔核形成过程的电热耦合有限差分模型。提出了异质金属点焊过程导电、传热耦合作用的模拟方法、接触电阻分析方法和析热机制处理方法。模型中也考虑了随温度变化而变化的材料性能以及边界冷却条件的影响。试验验证表明,数值模拟与试验结果吻合良好,为异质材料点焊基础理论研究提供了一种有效的分析手段。     

动静态结合的部分求值技术

以异质材料低碳钢与纯镍电阻点焊为例建立了电阻点焊熔核形成过程的电热耦合有限差分模型。提出了异质金属点焊过程导电、传热耦合作用的模拟方法、接触电阻分析方法和析热机制处理方法。模型中也考虑了随温度变化而变化的材料性能以及边界冷却条件的影响。试验验证表明,数值模拟与试验结果吻合良好,为异质材料点焊基础理论研究提供了一种有效的分析手段。     

复合活性钎料钎焊Cu与Al2O3的接头组织及性能

为改善紫铜与Al_2O_3陶瓷的连接强度,采用纳米-Al_2O_3增强的AgCuTi复合钎料(Ag Cu Tip)对紫铜与Al_2O_3陶瓷进行了真空钎焊.采用扫描电镜、能谱分析以及剪切试验对钎焊接头微观组织及力学性能进行了分析.钎焊接头典型界面组织为紫铜/扩散层/铜基固溶体+银基固溶体+Ti_2Cu+Ti_3(Cu,Al)3O/Al_2O_3.纳米-Al_2O_3的添加抑制了Al_2O_3侧反应层的生长,并促进钎缝中形成弥散分布的Ti_2Cu相.随着保温时间的延长,铜侧扩散层和Ti_3(Cu,Al)_3O反应层的厚度逐渐增大.保温时间为20 min时,铜母材向钎料过度溶解,降低了接头性能.当钎焊温度为880°C,保温10 min时,接头抗剪强度最高为82 MPa.纳米颗粒的加入细化了钎缝组织并降低了母材与钎缝热膨胀系数的不匹配,因此提高了接头的连接性能.保温时间可影响界面组织及反应层的厚度,进而影响接头的连接强度.     

T2/Al 1060CMT焊接接头组织及性能研究

采用冷金属过渡焊(CMT)技术对T2和Al 1060异种金属的焊接工艺进行研究。实验选用S301焊丝采用搭接方式在不同焊接规范下得到焊接接头,对接头物相及形貌进行观察和测试,研究焊接热输入对焊缝组织、力学性能及断裂特征的影响,测试焊缝的力学性能,讨论影响焊缝金属间化合物厚度的因素。结果表明:焊接接头处生成一层致密的金属间化合物,主要成分为CuAl_2、Cu_3Al_2、CuAl和铜在铝中的固溶体;随着焊接热输入的减小,金属间化合物层厚度不断减小,但焊接热输入过小时,焊缝润湿性差;焊接接头拉伸实验断口在接头处为脆性断裂;焊缝处维氏硬度高于两侧母材。     

弹簧钢点焊熔核温度场的有限元模型

在充分考虑接触电阻、液态熔核温度、相变潜热等因素对点焊熔核温度场影响的条件下 ,建立了 65Mn弹簧钢点焊熔核温度场的有限元模型。利用该模型可以系统地研究弹簧钢的点焊热过程 ,为正确选择点焊工艺参数提供了理论依据 ,并可进一步实现弹簧钢点焊接头组织及性能的数值预测。验证表明 ,理论计算与实测结果吻合得较好。     

等离子喷涂梯度热障陶瓷二氧化锆显微结构及特征研究

采用纯镍作为金属粘结层,铝基表面与粘结层间存在明显界线.观察镍粘结层热震后断口,局部存在未完全熔化的颗粒.电沉积Ni层与五元合金界面处呈熔合状态,熔滴颗粘之间互熔比较充分,熔滴颗粒堆积状态为层状结构.不同组成结构ZrO2陶瓷层整体抗热冲击能力明显提高.     

纯铜热喷涂扩散渗铝层的显微组织

铜铝合金具有很好的抗高温氧化性能.在纯铜表面分别电 弧喷涂15mm和25mm厚的铝涂层,经900?℃保温4?h的扩散处理后获得19mm和36mm厚的铜铝合金渗层.主要针对渗层显微组织、渗层内的成分分布以及渗层的物相构成进行观察与测定.分析结果表明：渗层由表面层和内层两部分组成,层间结合良好.在加热处理过程中,铝涂层发生熔化,基体中的铜原子进入铝熔体形成表面渗层,表面渗层中遗留了原涂层的氧化物和孔洞.铝原子向铜基体的扩散形成组织紧密的内扩散层.内、外渗层都由金属间化合物Cu₉Al₄与αCu固溶体二相结构组成.在同样的扩散处理条件下,试件喷涂的铝涂层越厚,形成的渗层厚度越大,渗层中平均